JPH10185703A

JPH10185703A - 薄膜型白金温度計

Info

Publication number: JPH10185703A
Application number: JP34352696A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Shinohara; 義和篠原; Satoshi Kiriyama; 聡桐山; Yuichi Kondo; 雄一近藤; Saburo Ashida; 三郎蘆田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】白金薄膜の温度測定中の機械振動による損傷
がなく、また白金薄膜の接触する部材との化学反応によ
る劣化もなく、また白金薄膜の測定箇所の温度変化によ
る損傷もなく、さらに温度計自体が袋小路状の空洞に挿
入して使用することができる薄膜型白金温度計を提供す
ることを目的とする。【解決手段】セラミックス円筒（１３）と、この円筒
（１３）上に順次形成された高純度のアルミナからなる
第１セラミックス薄膜（１４）と白金薄膜（９）と高純
度のアルミナからなる第２セラミックス薄膜（１５）と
を有し、前記第１薄膜（１４）と第２薄膜（１５）とが
同じ熱膨張率を有し、かつ前記白金薄膜（９）がループ
状の線状薄膜であり、その端部は前記円筒（１３）の一
端側に位置し、その端部に接続する引出し線（３）は前
記円筒（１３）の一端側にまとめられていることを特徴
とする薄膜型白金温度計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜型白金温度計
に関し、特に原子力発電プラントでの高温測定や火力発
電プラント、冷熱機器、製鉄プラント等の一般産業用の
温度計測に適用可能な薄膜型白金温度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加圧水型軽水炉等の原子力発電プ
ラントでの１次冷却水の温度を測定するには、白金温度
計を使用していた。白金温度計は、白金細線または白金
薄膜の電気抵抗値が温度とともに変化する現象を利用し
て、１次冷却水装置での所望の箇所の温度を測定する器
具である。

【０００３】図４は、従来例１の白金線を用いた白金温
度計の断面図である。セラミックス円筒１の一端開孔部
に装着される、円柱状の例えばエナメルからなる第１固
定材２には、２本の引出し線３が、ある距離だけ離れて
貫通して設置されている。直径１７μｍ程度の白金細線
４が一度コイル状に成型、塑性加工された後、コイルを
ほどくようにして引き伸ばされてＵ字状に曲げられ、そ
の両端が前記第１固定材２の前記引出し線３の片側に接
続されている。長方形のセラミックス板５が、前記白金
細線４に挟まれながら、前記第１固定材２の中央部に固
定されている。前記セラミックス円筒１の中に、前記白
金細線４および前記セラミックス板５を挿入するよう
に、前記第１固定材２が前記セラミックス円筒１の一端
開孔部に装着されている。前記白金細線４および前記セ
ラミックス板５の周囲には、例えばアルミナからなる粒
径２００μｍ程度のセラミックスパウダが充填されて、
前記白金細線４を固定している。前記セラミックス円筒
１の他端開孔部には半球状の例えばエナメルからなる第
２固定材６が装着されている。このようにして、前記セ
ラミックス円筒１は、第１固定材２および第２固定材６
によって密封されている。前記第１固定材２の、別の側
の前記引出し線３は、図示しない配線が接続されて、図
示しない外部の電気抵抗測定器と接続されている。この
ようにして形成された白金温度計は、全体を約１０００
℃の高温で加熱されて、前記セラミックスパウダをセラ
ミックスパウダ焼結体７にされるとともに、前記白金細
線４の塑性加工中に生じた残留内部応力を除去される。

【０００４】図５は、従来例２の特開昭６０−６４４０
１号公報に記載された、白金薄膜を用いた白金温度計の
断面図である。アルミナ単結晶のサファイヤからなる円
筒形の基材８の側面に、細線状の白金薄膜９がらせん状
に蒸着されている。前記白金薄膜９の両端は、前記基材
８の両端にて、引出し線３と接続されている。例えば窒
化けい素や炭化けい素などのセラミックスからなる保護
材１０が、前記白金薄膜９を含む前記基材８の全表面
と、前記引出し線３の前記基材８に近い一部分を包むよ
うに形成されている。前記引出し線３には、図示しない
配線が接続されて、図示しない外部の抵抗測定器と接続
されている。

【０００５】図６は、従来例３の白金薄膜を用いた別の
構造の白金温度計の斜視図である。例えばアルミナから
なるセラミックス平板１１の上に線状の白金薄膜９がジ
グザグ状に蒸着され、前記白金薄膜９の両端は、前記セ
ラミックス平板１１の一つの辺にまとめられて、引出し
線３と接続されている。前記白金薄膜９を含む前記セラ
ミックス平板１１の表面を覆うように、例えばガラスか
らなる保護材１２がコーティングされている。前記引出
し線３には図示しない配線が接続されて、図示しない外
部の電気抵抗測定器と接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例１において、前
記白金細線４は、温度に対する電気抵抗の感度を高める
ために１７μｍと非常に細く、また前記白金細線４と前
記セラミックスパウダ焼結体７との間には隙間が存在す
る。ところで、白金温度計は１次冷却水の中に浸水させ
て温度を測定することが多く、そのため、１次冷却水の
流れによって温度測定中に機械振動することがある。そ
の結果、前記白金細線４と前記セラミックスパウダ焼結
体７との間で微弱な衝突が繰り返し発生し、前記白金細
線４が損傷する可能性があるという問題があった。ま
た、例えばエナメルからなる前記第１固定材２および第
２固定材６の中に含まれる、微量のナトリウムやメチル
セルロースが経年変化で分解してできた生成物が、前記
白金細線４と化学反応する結果、前記白金細線４が劣化
する可能性があるという問題があった。

【０００７】従来例２においては、前記引き出し線３が
前記サファイア基材８の両端に接続されているため、従
来例２の温度計を袋小路状の空洞に挿入して使用するこ
とができない。そのため、白金温度計を１次冷却水用配
管に設けられた空洞に挿入し、白金温度計を１次冷却水
に浸水させることなく、冷却水の温度測定を行うことが
実施できないなど、温度測定箇所および温度測定方法が
制限されるという問題があった。さらに、例えば窒化け
い素や炭化けい素などのセラミックスからなる前記保護
材１０の熱膨張率は、窒化けい素の場合に約３．５×１
０^-6／Ｋ、炭化けい素の場合に約５．５×１０^-6／Ｋで
あり、前記サファイア基材８の熱膨張率（約８．５×１
０^-6／Ｋ）や前記白金薄膜９の熱膨張率（約９．０×１
０^-6／Ｋ）と大きく異なる。そのため、温度測定中に温
度変化があると、前記サファイア基材８と前記保護材１
０との境界面、または前記白金薄膜９と前記保護材１０
との境界面で熱応力が発生し、温度計が損傷する可能性
があるという問題があった。

【０００８】従来例３においては、例えばガラスからな
る前記保護材１２の熱膨張率は約０．５×１０^-6／Ｋで
あり、例えばアルミナからなる前記セラミックス平板１
１の熱膨張率（約８．５×１０^-6／Ｋ）や前記白金薄膜
９の熱膨脹率（約９．０×１０^-6／Ｋ）と大きく異な
る。そのため、温度測定中に温度変化があると、前記セ
ラミックス平板１１と前記保護材１２との境界面、また
は前記白金薄膜９と前記保護材１２との境界面で熱応力
が発生し、温度計が損傷する可能性があるという問題が
あった。

【０００９】本発明は、白金薄膜を第１のセラミックス
薄膜と第２のセラミックス薄膜間に挟んだ構成とするこ
とにより、温度測定中の機械振動によって白金薄膜が損
傷することがない薄膜型白金温度計を提供することを目
的とする。

【００１０】また、本発明は、前記第１および第２のセ
ラミックス薄膜を高純度セラミックスから作成すること
により、白金薄膜と接触する部材中に存在する不純物と
白金薄膜が化学反応を起こさず、白金薄膜が劣化するこ
とがない薄膜型白金温度計を提供することを目的とす
る。

【００１１】また、本発明は、前記第１および第２のセ
ラミックス薄膜の熱膨張率と白金薄膜の熱膨張率を等し
くすることにより、温度測定中の温度変化により、温度
計内部で熱応力が発生することが少なく、白金薄膜が損
傷することがない薄膜型白金温度計を提供することを目
的とする。

【００１２】さらに、本発明は、引出し線をセラミック
ス基材の一端側にまとめた構成とすることにより、袋小
路状の空洞に挿入して使用することができる薄膜型白金
温度計を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜型白金
温度計は、セラミックス基材と、前記セラミックス基材
の上に形成された第１のセラミックス薄膜と、前記第１
のセラミックス薄膜上に形成されたパターニングされた
白金薄膜と、前記第１セラミックス薄膜および前記白金
薄膜を含む領域の上に形成された第２のセラミックス薄
膜と、前記白金薄膜に接続され外部に引出された引出し
線とを具備し、前記第１および第２セラミックス薄膜は
高純度セラミックスからなることを特徴とするものであ
る。

【００１４】本発明によれば、温度測定用にパターニン
グされた白金薄膜は、セラミックス基材上に形成された
第１のセラミックス薄膜と、前記白金薄膜上に形成され
た第２のセラミックス薄膜とによって密着されている。
そのため、温度測定中の機械振動によって、前記白金薄
膜がこれらのセラミックス薄膜と衝突を繰り返すことは
なく、前記白金薄膜が損傷に至ることもない。また、前
記セラミックス薄膜は高純度セラミックス薄膜であり、
この薄膜中に存在する不純物の量は極めて少ない。一
方、前記白金薄膜はこの高純度セラミックス薄膜とのみ
接しているため、その結果、前記白金薄膜が前記セラミ
ックス薄膜中に存在する不純物と化学反応を起こすこと
はなく、前記白金薄膜が劣化することもない。

【００１５】ここで、セラミックス材料としては、例え
ばアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ
₄ ）、炭化けい素（ＳｉＣ）が挙げられる。また、高純
度セラミックス薄膜は、純度が９９．９９％以上のセラ
ミックス薄膜であることが望ましい。

【００１６】また、本発明は、前記第１セラミックス薄
膜と前記第２セラミックス薄膜の熱膨張率が、それぞれ
前記白金薄膜の熱膨張率と等しいことが好ましい。この
ような構成にすることにより、温度測定中に温度変化が
あっても、前記第１セラミックス薄膜と前記白金薄膜と
の境界面で熱応力が発生することが少なく、また、前記
白金薄膜と前記第２セラミックス薄膜との境界面で熱応
力が発生することが少なく、また、前記第１セラミック
ス薄膜と前記第２セラミックス薄膜との境界面で熱応力
が発生することが少ない。その結果、熱応力により白金
温度計が損傷する可能性が低い。

【００１７】ここで、白金薄膜の熱膨張率は、約９．０
×１０^-6／Ｋであることから、前記第１セラミックス薄
膜と前記第２セラミックス薄膜は、熱膨張率が約８．５
×１０^-6／Ｋであるアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）からなるこ
とが好ましい。

【００１８】また、前記第１セラミックス薄膜の熱膨張
率は、前記セラミックス基材の熱膨張率と等しいことが
望ましい。こうすることにより、前記セラミックス基材
と前記第１セラミックス薄膜との境界面で熱応力が発生
することが全くなくなるため、熱応力により白金温度計
が損傷する可能性がより低くなる。

【００１９】また、前記第１セラミックス薄膜と前記第
２セラミックス薄膜は、同じ材質であることが望まし
い。こうすることにより、前記第１セラミックス薄膜と
前記第２セラミックス薄膜との境界面では熱応力は全く
発生しなくなるため、白金温度計が損傷する可能性がよ
り低くなる。

【００２０】また、本発明においては、前記セラミック
ス基材は円筒形をなし、前記第１セラミックスおよび前
記白金薄膜および前記第２セラミックスは前記円筒形セ
ラミックス基材の側面に形成され、前記白金薄膜はルー
プ状の線状薄膜であり、前記線状薄膜の２つの端部は前
記円筒形セラミックス基材の一端側に位置し、前記引出
し線は前記セラミックス基材の一端側にまとめられてい
ることが好ましい。こうした構成とすることにより、白
金温度計は円筒形をなして、前記円筒形の一端側に前記
引出し線がまとめられているため、前記白金温度計は袋
小路状になっている空洞にも挿入して使用することがで
きる。その結果、白金温度計を１次冷却水用配管に設け
られた空洞に挿入し、１次冷却水に浸水させることなく
冷却水の温度測定を行うことができるなど、温度測定箇
所および温度測定方法が制限されることがない。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して詳細に説明する。（実施例１）図１は、本発明の実施例１に係る薄膜型白
金温度計を示す正面図である。セラミックス薄膜部分に
ついては、断面図を示している。

【００２２】例えばアルミナからなるセラミックス円筒
１３の側面に、高純度アルミナからなる第１セラミック
ス薄膜１４が形成され、その上に、線状にパターニング
した白金薄膜９、高純度アルミナからなる第２セラミッ
クス薄膜１６がこの順に形成されている。前記白金薄膜
９の２つの端部は前記セラミックス円筒１３の一端側に
まとめられ、例えば白金線からなる２本の引出し線３
が、この２つの端部にそれぞれ接続されている。

【００２３】図２は、前記白金薄膜９のパターンを平面
に展開した展開図で、前記セラミックス円筒１３の側面
に引いた軸方向の展開線１６を境に、前記パターンを平
面に広げた図である。前記白金薄膜９は、前記セラミッ
クス円筒１３の側面に２条ねじ状のパターンを形成する
ように作成されている。つまり、２本の白金細線が、前
記引出し線３をまとめた前記セラミックス円筒１３の一
端から出発して、前記セラミックス円筒１３の側面を互
いに平行にらせん状に進み、前記セラミックス円筒１３
の他端にて互いに接続されてループを形成するパターン
となるように作成されている。

【００２４】次に、前記薄膜型白金温度計の形成方法に
ついて説明する。まず、前記セラミックス円筒１３の側
面全面に、高純度アルミナからなる前記第１セラミック
ス薄膜１４を、例えば真空蒸着、またはスパッタリン
グ、または化学気相成長法により形成する。次に、前記
白金薄膜９を、例えば真空蒸着、またはスパッタリング
により、前記第１セラミックス薄膜１４の全面に形成し
た後、例えばレーザー加工で薄膜の一部を除去して前述
の２条ねじ状にパターニングする。次に、前記白金薄膜
９の両端部に、例えば白金線からなる引出し線３を接続
する。その後、前記第２セラミックス薄膜１５を、例え
ば真空蒸着、またはスパッタリング、または化学気相成
長法により、前記白金薄膜９を含む前記第１セラミック
ス薄膜１４の全面に形成して、白金薄膜温度計を作成す
る。

【００２５】実施例１によれば、線状の前記白金薄膜９
は、セラミックス円筒１３の側面に形成された第１セラ
ミックス薄膜１４と、前記白金薄膜９の上に形成された
前記第２セラミックス薄膜１５とによって密着された構
造であるため、温度測定中の機械振動によって、前記白
金薄膜９がこれらのセラミックス薄膜と衝突を繰り返す
ことはなく、前記白金薄膜９が損傷することもない。ま
た、前記第１セラミックス薄膜１４および前記第２セラ
ミックス薄膜１５は高純度セラミックス薄膜であり、こ
の薄膜中に存在する不純物の量は極めて少ない。一方、
前記白金薄膜９はセラミックス薄膜１４およびセラミッ
クス薄膜１５とのみ接しているため、前記白金薄膜９が
前記セラミックス薄膜１４およびセラミックス薄膜１５
中に存在する不純物と化学反応を起こして劣化すること
はない。

【００２６】また、前記第１セラミックス薄膜１４と前
記第２セラミックス薄膜１５は、同じアルミナから形成
されており、このアルミナの熱膨張率は、約８．５×１
０^-6／Ｋと、前記薄膜白金９の熱膨張率、約９．０×１
０^-6／Ｋとほぼ等しい。その結果、温度測定中に温度変
化があっても、前記第１セラミックス薄膜１４と前記白
金薄膜９との境界面、および前記白金薄膜９と前記第２
セラミックス薄膜１５との境界面で熱応力が発生するこ
とは少なく、また前記第１セラミックス薄膜１４と前記
第２セラミックス薄膜１５との境界面で熱応力が発生す
ることは全くないため、薄膜型白金温度計が損傷する可
能性は非常に少ない。さらに、前記セラミックス円筒１
３がアルミナから形成されている場合には、前記セラミ
ックス円筒１３と前記第１セラミックス薄膜１４との境
界面で熱応力が発生することは全くないため、薄膜型白
金温度計が損傷する可能性はさらに少なくなる。

【００２７】さらに、前記セラミックス円筒１３の側面
に前記白金薄膜９がループ状の線状に形成されて、前記
白金薄膜９の２つの端部が前記セラミックス円筒１３の
一端側に位置し、その２つの端部と接続される前記引出
し線３は前記セラミックス円筒１３の一端側にまとめら
れているため、本実施例による薄膜型白金温度計は袋小
路状になっている空洞にも挿入して使用することができ
る。

【００２８】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
係る薄膜型白金温度計の斜視図である。例えばアルミナ
からなるセラミックス平板１１の表面に、高純度アルミ
ナからなる第１セラミックス薄膜１４が形成され、その
上に、ジグザグの線状にパターニングされた白金薄膜
９、高純度アルミナからなる第２セラミックス薄膜１５
がこの順に形成されている。前記白金薄膜９の２つの端
部は前記セラミックス平板１１の一端側にまとめられ、
例えば白金線からなる２本の引出し線３が、この２つの
端部にそれぞれ接続されている。

【００２９】次に、本実施例の薄膜型白金温度計の形成
方法について説明する。まず、前記セラミックス平板１
１の表面全面に、高純度アルミナからなる前記第１セラ
ミックス薄膜１４を、例えば真空蒸着、スパッタリン
グ、化学気相成長法により形成する。次に、前記白金薄
膜９を、例えば真空蒸着、スパッタリングにより、前記
第１セラミックス薄膜１４の全面に形成した後、例えば
レーザー加工で薄膜の一部を除去して、両端が前記セラ
ミックス平板１１の一つの辺にまとまったジグザグの線
状にパターニングする。次に、前記白金薄膜９の両端部
に、例えば白金線からなる引出し線３を接続する。その
後、前記第２セラミックス薄膜１６を、例えば真空蒸
着、スパッタリング、化学気相成長法により、前記白金
薄膜９を含む前記第１セラミックス薄膜１４の全面に形
成して、白金薄膜温度計を作成する。

【００３０】実施例２によれば、線状の前記白金薄膜９
は、セラミックス平板１１の表面に形成された第１セラ
ミックス薄膜１４と、前記白金薄膜９の上に形成された
前記第２セラミックス薄膜１５とによって密着された構
造であるため、温度測定中の機械振動によって、前記白
金薄膜９がこれらのセラミックス薄膜と衝突を繰り返す
ことはなく、前記白金薄膜９が損傷することもない。ま
た、前記第１セラミックス薄膜１４および前記第２セラ
ミックス薄膜１５は高純度セラミックス薄膜であり、こ
の薄膜中に存在する不純物の量は極めて少ない。一方、
前記白金薄膜９はセラミックス薄膜１４およびセラミッ
クス薄膜１５とのみ接しているため、前記白金薄膜９が
前記セラミックス薄膜１４およびセラミックス薄膜１５
中に存在する不純物と化学反応を起こして劣化すること
はない。

【００３１】また、前記第１セラミックス薄膜１４と前
記第２セラミックス薄膜１５は、同じアルミナから形成
されており、このアルミナの熱膨張率は、約８．５×１
０^-6／Ｋと、前記薄膜白金９の熱膨張率、約９．０×１
０^-6／Ｋとほぼ等しい。その結果、温度測定中に温度変
化があっても、前記第１セラミックス薄膜１４と前記白
金薄膜９との境界面、および前記白金薄膜９と前記第２
セラミックス薄膜１５との境界面で熱応力が発生するこ
とは少なく、また前記第１セラミックス薄膜１４と前記
第２セラミックス薄膜１５との境界面で熱応力が発生す
ることは全くないため、薄膜型白金温度計が損傷する可
能性は非常に少ない。さらに、前記セラミックス平板１
１がアルミナから形成されている場合には、前記セラミ
ックス平板１１と前記第１セラミックス薄膜１４との境
界面で熱応力が発生することは全くないため、薄膜型白
金温度計が損傷する可能性はさらに少なくなる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る薄膜
型白金温度計によれば、温度測定中の機械振動によって
白金薄膜が損傷することがなく、かつ白金薄膜と接触す
る部材中に存在する不純物と白金薄膜が化学反応を起こ
さず、白金薄膜が劣化することがない。また、温度測定
中の温度変化により、温度計内部で熱応力が発生するこ
とが少なく、白金薄膜が損傷することもない。さらに、
袋小路状の空洞にも挿入して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における薄膜型白金温度計を
示す正面図。

【図２】図１の薄膜型白金温度計の一構成である白金薄
膜を、セラミックス円筒表面に引いた軸方向の展開線を
境にして展開した図。

【図３】本発明の実施例２における薄膜型白金温度計の
斜視図。

【図４】従来例１における白金線を用いた白金温度計を
示す断面図。

【図５】従来例２における白金薄膜を用いた白金温度計
を示す断面図。

【図６】従来例３における白金薄膜を用いた白金温度計
の斜視図。

【符号の説明】

３…引出し線、９…白金薄膜、１１…セラミックス平板、１３…セラミックス円筒、１４…第１セラミックス薄膜、１５…第２セラミックス薄膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蘆田三郎兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス基材と、前記セラミックス基材の上に形成された第１のセラミッ
クス薄膜と、前記第１のセラミックス薄膜上に形成されたパターニン
グされた白金薄膜と、前記第１セラミックス薄膜および前記白金薄膜を含む領
域の上に形成された第２のセラミックス薄膜と、前記白金薄膜に接続され外部に引出された引出し線とを
具備し、前記第１および第２セラミックス薄膜は高純度セラミッ
クスからなることを特徴とする薄膜型白金温度計。
【請求項２】前記セラミックス基材は円筒形をなし、前記第１セラミックスおよび前記白金薄膜および前記第
２セラミックスは前記円筒形セラミックス基材の側面に
形成され、前記白金薄膜はループ状の線状薄膜であり、前記線状薄
膜の２つの端部は前記円筒形セラミックス基材の一端側
に位置し、前記引出し線は前記セラミックス基材の一端
側にまとめられていることを特徴とする請求項１記載の
薄膜型白金温度計。